MO對熱作模具鋼組織和性能的影響

汪勇　汪圣鋒

【摘要】通過組織、力學性能研究了Mo對熱作模具鋼組織和性能的影響。結果表明；適應的Mo能提高鋼的力學性能，Mo含量為1.39wt%時，鋼有較好的力學性能，Mo含量過高，鋼的強度明顯下降。

【關鍵字】熱作模具鋼 Mo 力學性能

【中圖分類號】TGl56 【文獻標識碼】A 【文章編號】1672-5158（2013）04-0457-01

前言

熱作模具鋼在時冷時熱狀態下工作，其主要失效形式是工作表面產生裂紋（龜裂）。目前常用的熱作模具鋼主要是H13鋼，但其在溫度超過600℃高溫條件下性能急劇下降。近年來，國內外研制了一些新型熱作模具鋼，如HD2、Y4、QR090M和HOTVAR鋼，這些鋼各有特點但只能在一定范圍得到應用。

Mo能固溶基體中起固溶強化作用，同時其還能抑制Cr的碳化物析出，從而對MC型碳化物的析出起到積極作用，同時Mo也是二次硬化的主要形成元素，因此其對熱作模具鋼性能起一定影響，為了研制出性能良好的新型熱作模具鋼，本文討論了Mo對鋼性能的影響。

1、實驗材料與方法

表1是實驗鋼的化學成分，實驗鋼在真空感應熔煉爐內冶煉澆注成5Kg鋼錠后鍛成φ18mm線材，然后進行880℃×1h+720℃×1h球化退火、1080℃×15min油淬、550℃×2h一次回火+530℃×2h二次回火處理。對實驗鋼進行硬度及拉伸實驗，利用金相顯微鏡、掃描電鏡觀察顯微組織。經顯微組織、硬度和拉伸性能綜合分析，研究了Mo含量對熱作模具鋼性能的影響。

2、試驗結果與分析

2.1 力學性能

實驗鋼經熱處理后的力學性能結果見表2，從表2發現：實驗鋼的硬度在49-52HRC范圍，2號的硬度較低，3號的塑性較好，對比強度發現：3號鋼的屈服強度和抗拉強度最大，2號鋼最小。Mo含量為1.39wt%，鋼的硬度、強度和塑性較好，Mo含量升高或降低，鋼的強度和塑性都下降。

2.2 顯微組織

圖1是實驗鋼經熱處理后的SEM圖，其組織為其組織為回火馬氏體+少量殘余奧氏體+合金碳化物。在熱作模具鋼中，合金碳化物的類型、數量、大小分布對鋼的性能有重大影響。圖1發現，1號鋼析出的碳化物較多且有大顆粒析出相，其析出相主要沿晶界析出，2號鋼中析出相較少，3號鋼析出相分布較彌散且細小。

2.3 Mo對鋼性能的影響

Mo在鋼中主要起固溶強化和析出強化作用，同時Mo還能與c結合形成M₂C析出相，起到析出強化和二次硬化的效果。表2中所測的結果表明隨著Mo含量從1.03wt%增至1.39 wt%，其硬度和強度都隨之增加。這是由于隨著Mo含量的增加，在淬火過程中更多的Mo固溶于基體，提高了鋼的強度及硬度。在回火過程中，析出更多的細小的合金碳化物，這些碳化物不僅起到析出強化和二次硬化的效果同時能夠在晶界處起到釘扎作用，阻止晶粒長大，提高鋼的強韌性及力學性能；同時Mo也有與Cr爭奪碳的作用，抑制Cr的碳化物析出，這也有利于鋼性能的提高。但隨著Mo含量從1.39wt%升至1.55 wt%，其回火后硬度下降，塑性有所下降，而強度有明顯的下降，圖1顯示1號鋼中存在大顆粒析出相。這是因為當Mo含量過高時會導致Mo的M₆C轉變為M₆C，這類碳化物沿馬氏體晶界或原奧氏體晶界析出，其析出顆粒尺寸較大且易于粗化。這些大顆粒析出相會降低鋼的強韌性，使鋼易于脆化，降低鋼的性能。因此，適量的Mo能起到固溶強化和析出強化作用，提高鋼的性能；過量的Mo會析出大顆粒析出相降，低鋼的性能。Mo含量為1.39wt%時，鋼有較好的力學性能及熱疲勞性能。

3、結論

（1）Mo含量為1.39wt%時，鋼有較好的力學性能，Mo含量增加或降低，鋼的強度明顯下降。

（2）適量的Mo能起到固溶強化和析出強化作用，提高鋼的性能，過量的Mo析出M₆C型大顆粒析出相會降低鋼的性能。